Modbus协议
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硬件/嵌入式
正文
一、概述
目前有Profibus总线、基金会现场总线FF、ControlNet总线、Interbus总线和P-NET总线等主流总，还有一些具备特色的总线，如CAN总线、Modbus协议总线、Lonworks总线、DeviceNet总线、CC-Link总线以及HART总线。
因为以太网技术能解决工业中的上层应用问题，因此各总线组织也先后推出支持以太网和TCP/IP的工业以太网协议。
Modbus串行链路协议和Modbus/TCP协议已经公开，并且无版税要求、有相对容易的工业网络部署，以及对供应商来说，修改裁剪原生的位或字节没有很多限制，因些，Modbus协议获得了广泛的使用。
Modbus协议是施耐德电气公司的发布的一个总线协议，此协议支持传统的RS-232、RS-422/485和以太网设备。该协议定义了一种任何设备可以识别并执行的消息结构，不用关心这些设备是经过何种网络进行通信的。
二、Modbus通信协议规范
Modbus协议定义了一种与通信层无关的协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU），并在PDU的基础上，根据总线和网络的不同，选择添加特定的附加域，构成应用数据单元（Application Data Unit, ADU）。系统通过ADU来实现数据的正确传输。
Modbus协议使用主从模式，这是一种应答的通信方式，意思是牌同一个网络中的所有设备，有且仅有一个作为主机，其余设备均为从机，只有主机能够做出数据请求命令，从机负责接收请求，并根据主机的请求内容做出相应的应答，若从机没有接收到主机请求，则不会主动传输数据，也不会与其他从机通信。
当在Modbus网络上传输数据时，首先由主机来构造PDU，PDU中通过功能码指示当前操作类型，数据域表示执行功能的必要参数。以此来启动Modbus事务处理任务，然后主机在PDU上添加相磁的附加域，形成ADU。其中包括地址域，用来指示从机地址信息，便于主机对从机进行寻址操作。尾部包含检验码用来对报文内容进行冗余检验，确保数据正确传输。最后，从机收到主机请求后，对数据进行处理，并返回相应帧。响应帧的ADU和PDU单元与发送帧格式相同，数据域包括从机的处理结果。若从机响应请求过程中发生错误，会生成异常报文。其包含一个异常功能码和一部分异常码，异常码用来供主机识别及完成后续操作。
Modbus串行链路协议位于OSI模型的第2层，也就是数据链路层，采用异步串口通信。在物理层，Modbus串行链路协议可以采用TIA/EIA-485或TIA/EIA-232等物理接口，但一般采用TIA/EIA-485物理接口，也就是RS485。
设备使用Modbus协议在串行口上传输时，可以使用ASCII和RTU两种模式：
相比ASCII传输模式，当同样发送一条数据帧时，RTU模式可以携带更多的位数。
串行链路上的主/从模式演变为客户机/服务器通信模式，串行链路上的一主多从的结构模式演变为多客户机/多服务哭喊通信模式，Modbus TCP注册了502端口。
包含四个状态类型，分别是：请求、指示、证实和响应。
借助Modbus/TCP网关，网络总线上的所有设备均可以连入以太网中，实现整个控制系统的通信。
Modbus/TCP协议采用了一种面向连接的通信方法，连接过程中需要经过“建立连接”、进行通信、释放连接。Modbus/TCP协议以位于数据链接层的Modbus RTU串行链路协议为基础，物理层采用以太网接口，网络层采用IP协议，传输层采用TCP协议，无会话层和表示层，在应用层将特定的报文添加到标准的Modbus RTU协议报文，然后插入到TCP协议报文中，实现Modbus/TCP协议报文借助TCP/IP协议在以太网中进行传输。
为了报文能通过TCP/IP协议进行传输，Modbus/TCP协议需要在Modbus RTU串行链路基础上添加一种被称为MBAP的报文头。该报文头携带长度信息，使得Modbus数据帧在TCP上传输时，即使被分割成多个数据包，接收端依然能够识别并响应请求。
整个MBAP报文头共7个字节：事务元标识符用于客户端和服务器间建立请求和响应的联系，当建立完成，该标识符在网络中便是唯一的。单元标识符表示从站的地址或编号，用于指示从机的身份。TCP/IP连接是通过目的IP地址识别对方，同理，Modbus/TCP连接是通过单元标识符找到指定从机。如果从机自身含IP地址，则不南石山村 单元标识符。Modbus/TCP通信中无需CRC检验，由TCP/IP的校验和机制即可保证传输的准确性。
